Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện đất yếu ở đbscl

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : PHI THƯỜNG NGỌC HOÀNG PHÁI : NAM CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ : 31.10.02 KHÓA : 12 NĂM 2001 2003 I- TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN

**************************

PHI THƯỜNG NGỌC HOÀNG

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ NGÀNH : 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp HCM, tháng 11 năm 2003

ĐẠI HỌC QUỐC GIA T.P HỒ CHÍ MINH

-  -

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS LÊ BÁ KHÁNH

Cán bộ chấm phản biện 1: TS CAO VĂN TRIỆU

Cán bộ chấm phản biện 2: TS VÕ DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI:

HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : PHI THƯỜNG NGỌC HOÀNG PHÁI : NAM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU MÃ SỐ : 31.10.02

KHÓA : 12 ( NĂM 2001 2003)

I- TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA CỌC KHOAN NHỒI TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1.NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

2.NỘI DUNG:

PHẦN I: TỔNG QUAN

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi

Chương 2: Nghiên cứu về đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN

Chương 3: Nghiên cứu về các phương pháp tính toán khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi Chương 4: Nghiên cứu về hoạt động ổn định thành vách hố khoan của dung dịch bentonite Chương 5: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/02/2003

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 24/11/2003

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.LÊ BÁ KHÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS.LÊ BÁ KHÁNH GS.TSKH.LÊ BÁ LƯƠNG ThS.VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương Luận án cao học đã được thông qua Hội đồng chuyên ngành Ngày tháng năm 2003 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn tất được luận văn cao học này tôi xin chân thành cám ơn Giáo Sư Tiến Sĩ Khoa Học Lê Bá Lương, người thầy đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báo trong suốt thời gian học, sự quan tâm giúp đỡ của thầy là nguồn động viên rất lớn gíup tôi hoàn thành luận văn cao học này

Xin chân thành biết ơn thầy Tiến Sĩ Lê Bá Khánh - người hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn cao học này

Xin chân thành biết ơn thầy Giáo Sư Tiến Sĩ Khoa Học Nguyễn Văn Thơ, Tiến sĩ Châu Ngọc Aån đã truyền đạt những kiến thức khoa học quí báu trong quá trình học

Xin tỏ lòng cảm ơn đến lãnh đạo và tập thể các thầy cô Phòng Quản lý sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã giúp đở trong suốt khóa học

Chương I: Nghiên cứu tổng quan về cọc khoan nhồi 1 1.1 Giới thiệu tổng quan về cọc khoan nhồi và tình hình sử dụng

1.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng cọc khoan nhồi

1.1.2 Ưu điểm của cọc khoan nhồi

1.1.3 Khuyết điểm của cọc khoan nhồi

1.1.4 Ứng dụng cọc khoan nhồi

1.2 Thiết bị thi công cọc khoan nhồi

1.2.1 Thiết bị tạo lỗ cọc khoan nhồi

1.2.1.1 Thiết bị khoan xoay

1.2.1.2 Thiết bị khoan ngoạm

1.2.2 Những thiết bị phụ trợ khác dùng trong thi công cọc khoan nhồi

1.2.2.1 Mũi khoan

1.2.2.2 Thiết bị đo đường kính hố khoan

1.2.2.3 Thiết bị đo độ nghiêng và tình trạng thành vách hố khoan

1.3 Quy trình thi công cọc khoan nhồi

1.3.1 Công tác chuẩn bị thi công

1.3.1.1 Điều tra tình hình khu vực thi công

1.3.1.2 Biện pháp cấp thoát nước và cấp điện khi thi công

1.3.1.3 Mặt bằng và thiết bị phục vụ khoan

1.3.1.4 Định vị cọc tại hiện trường

1.3.1.5 Thiết bị đổ bêtông

1.3.2 Quá trình thi công cọc khoan nhồi

1.3.2.1 Định vị trí hố khoan

1.3.2.2 Hạ ống vách giử thành

1.3.2.3 Công tác khoan tạo lỗ

1.3.2.4 Công tác hạ lồng thép

1.3.2.5 Công tác thổi rửa đáy hố khoan

1.3.2.6 Công đoạn đổ bêtông

1.3.2.7 Rút ống chống vách

1.4 Các sự cố hay gặp trong quá trình thi công cọc khoan nhồi

1.4.5 Ổn định và làm sạch hố khoan

1.5 Giới thiệu các phương pháp kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi

1.5.1 Nguyên nhân gây ra khuyết tật trên cọc

1.5.2 Kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công

1.5.2.1 Kiểm tra dung dịch bentonite

1.5.2.2 Kiểm tra kích thước hố khoan

1.5.2.3 Kiểm tra bêtông trước khi đổ

1.5.3 Kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi công

1.5.3.1 Phương pháp khoan lấy lõi

1.5.3.2 Phương pháp siêu âm truyền qua lỗ

1.5.3.3 Phương pháp biến dạng nhỏ (PIT)

1.5.3.3 Phương pháp thử tải trọng tĩnh

1.5.3.4 Phương pháp biến dạng lớn

1.5.3.5 Phương pháp thử tĩnh bằng hộp Osterberg

1.6 Nhận xét và kết luận

1.7 Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu

Chương II: Nghiên cứu về đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long

2.1 Giới thiệu về Đồng bằng sông Cửu Long

2.1.1 Vị trí địa lý

2.2.2 Địa hình

2.1.3 Khí hậu

2.1.4 Chế độ thủy văn

2.1.5 Chất lượng nước

2.2 Đặc điểm về đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long

2.2.1 Khái niệm về đất yếu

2.2.2 Nguồn gốc đất yếu

2.2.3 Đặc điểm đất yếu Đồng bằng sông Cửu Long

2.3 Cấu tạo địa chất và phân bố đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

2.3.1 Cấu tạo địa chất

2.4 Đặc trưng cơ lý của đất nền ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long

2.4.1 Đặc trưng cơ lý của đất sét yếu

2.4.2 Đặc trưng cơ lý của đất bùn

2.5 Một số mặt cắt địa chấât tiêu biểu ở khu vực ĐBSCL

2.6 Nhận xét và kết luận

Chương III: Nghiên cứu các phương pháp tính toán sức chịu tải và cấu tạo cọc khoan nhồi

3.1 Sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo chỉ tiêu cơ lý của đất nền

3.1.1 Cọc trong đất sét

3.1.2 Cọc trong đất cát

3.2 Công thức tính toán sức chịu tải của cọc khoan nhồi theo TCVN và

một số tác giả khác nhau

3.3.2.2 Theo tiêu chuẩn nước ngoài

3.4 Cấu tạo cọc khoan nhồi

3.4.1 Các hình dạng cọc khoan nhồi

3.4.1.1 Cọc khoan nhồi mở rộng đáy một tầng

3.4.1.2 Cọc khoan nhồi mở rộng đáy nhiều tầng

3.4.4 Bố trí và khoảng cách cọc khoan nhồi

3.5 Nhận xét và kiến nghị

Chương IV: Nghiên cứu về hoạt động ổn định thành vách hố khoan

của dung dịch bentonite

4.1 Giới thiệu về dung dịch bentonite

4.1.1 Thành phần hóa học của dung dịch bentonite

4.1.2 Đặc điểm dung dịch bentonite

4.1.3 Quá trình trao đổi lý hoá của dung dịch bentonite đối với thành

vách lỗ khoan

4.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dung dịch khoan

4.2 Hoạt động ổn định thành vách của dung dịch bentonite trong hố

khoan

4.2.1 Hoạt động ổn định thành vách hố khoan

4.2.2 Cơ chế thành tạo lớp áo sét

4.2.3 Ảnh hưởng của hỗn hợp dung dịch lên quá trình hình thành lớp áo

sét

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng của dung dịch bentonite đối với

thành vách hố khoan

4.3.1 Ảnh hưởng của đất ở thành vách hố khoan

4.3.1.1 Sét

4.3.1.2 Cát

4.3.2 Ảnh hưởng của nước ngầm

4.3.2.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của nước dưới đất

4.3.2.2 Động thái của nước dưới đất

4.3.3 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đất

4.4 Các thông số dung dịch khoan sử dụng cho cọc khoan nhồi

4.5 Kết luận và kiến nghị

khoan nhồi

5.1.1 Ảnh hưởng của dung dịch bentonite đối với ma sát thành cọc

5.1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến ma sát thành

5.1.1.2 Ảnh hưởng của dung dịch bentonite đối với sức chịu tải ma sát

thành

5.1.2 Ảnh hưởng của dung dịch bentonite đối với sức chống mũi của

cọc khoan nhồi

5.2 Ảnh hưởng của thời gian xây dựng lên khả năng chịu tải ma sát của

cọc

5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi theo

vật liệu cấu tạo cọc

5.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bêtông (Rb)

5.3.1.1 Chất lượng bêtông

5.3.1.2 Ảnh hưởng của phương pháp đổ bêtông

5.3.1.3 Ảnh hưởng của mực nước ngầm

5.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến diện tích bêtông

5.3.2.1 Nồng độ của vữa bentonite trước và trong khi đổ bêtông

5.3.2.2 Sự phá hoại qua mặt cắt thiết kế

5.3.2.3 Kiểm tra đáy hố khoan

5.3.3 Những khuyết tật thông dụng gây ra do bêtông

5.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến diện tích cốt thép (Fa)

5.3.4.1 Cấu tạo cốt thép trong cọc khoan nhồi

5.3.4.2 Độ dính bám của bêtông và thép

5.3.4.3 Sự ăn mòn của nước ngầm đối với thép

5.4 Kết luận và kiến nghị

Chương VI: Các nhận xét, kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi

TÓM TẮT LUẬN VĂN

-  -

Cọc khoan nhồi hiện được sử dụng rộng rãi trong các công trình nhà cao tầng và các công trình cầu có tải trọng lớn do có những ưu điểm vượt trội hơn so với các phương án móng khác về mặt chịu tải, biện pháp và quá trình thi công Tuy nhiên thực tế nếu không có sự kiểm soát chặt chẻ trong quá trình thi công ở tất cả các giai đoạn thì có thể phát sinh nhiều yếu tố làm giảm chất lượng cọc và tăng giá thành xây dựng Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc trong quá trình khảo sát và thi công khá đa dạng như khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, thành phần khoáng hóa của đất đá tại khu vực thi công, việc sử dụng vật liệu cho bêtông cọc, sử dụng dung dịch bentonite, thời gian thi công cọc, biện pháp thi công, v.v… Do vậy cần thiết phải nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trên đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi nhằm tối thiểu các nguy cơ làm suy giảm chất lượng cọc Đây cũng chính là nội dung chính

của luận văn: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi trong điều kiện đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi

ABSTRACT OF THESIS

-  -

Bored pile has been presently applied widely in high rise bulding and bridge due to its significant advantages in comparison with other foudations about bearing capacity, method and construction process However if there is no tight control all stages of construction, there shall be some problems arising which certaintly degrade the quality of bored pile and increase construction cost These affected problems are quite plentiful in terms of investigation and design stage such as geotechnical investigation, geo-hydrological, soil mineral analysis in construction area, concrete material for bored pile placing, construction time and construction method statement, etc Therefore, there is necessary to make a research about the effects of these above problems affecting to the capacity of bored pile in order to minimize the risk of degrading the quality of bored piles This is also the main contents of the

thesis: Research on some problems affecting to the capacity of bored pile

in the soft soil condition of Mekong River Delta.

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của cọc khoan nhồi

MỞ ĐẦU

Hiện nay với sự phát triển của nền kinh tế và nhu cầu xã hội đặc biệt là vấn đề thi công nhà cao tầng trong các khu dân cư đông đúc, xây chen đòi hỏi phải có một loại móng đáp ứng được yêu cầu thi công không gây ồn ào, giảm thiểu ảnh hưởng đến móng của các công trình lân cận, đảm bảo được yêu cầu về mặt chịu tải của cọc, v.v… Để giải quyết bài toán trên móng cọc khoan nhồi thường được sử dụng trong các giải pháp móng Đặc biệt đối với đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long, việc sử dụng giải pháp móng cọc khoan nhồi cho các công trình nhà cao tầng hoặc cầu có ưu điểm vượt trội hơn khi so sánh với các phương án xử lý móng khác

Tuy nhiên bên cạnh đó, trong quá trình thi công có thể có những sự cố xảy

ra làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và làm tăng giá thành thi công nếu không có sự kiểm tra chặt chẻ quá trình thi công cọc Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sau cùng của cọc như dung dịch bentonite, đất đá xung quanh thành vách hố khoan, mực nước ngầm, phương pháp thi công cọc, thời gian thi công cọc v.v…

CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CỌC KHOAN NHỒI VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG

1.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng cọc khoan nhồi

Cọc khoan nhồi hay còn gọi là cọc bê tông đúc tại chỗ, được chế tạo bằng cách khoan tạo lỗ trong đất tới độ sâu thiết kế, hạ lồng thép và đổ bê tông vào lỗ tạo thành cọc bê tông cốt thép đúc tại chỗ Cọc khoan nhồi được áp dụng từ năm

1899 cách đây 104 năm Song mãi dần những năm 70 của thế kỷ XX cọc khoan nhồi mới được phát triển rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới như: Pháp, Anh, Mỹ, Nhật, Canada, v.v… Tiết diện ngang của cọc có thể là hình tròn hoặc hình chử nhật Trong quá trình thi công cọc khoan nhồi, để ổn định thành vách hố khoan, có thể sử dụng ống vách hoặc dung dịch bentonite Thông thường cọc khoan nhồi trong quá trình sử dụng và tính toán, dựa vào thành phần chịu tải người ta chia ra làm 3 loại cọc:

- Cọc chống: chân cọc cắm sâu vào tầng đất cứng, khả năng chịu tải chủ yếu là phản lực đầu cọc Trong khi đó phần thân cọc nằm trong tầng đất yếu khá dày, thành phần ma sát không đáng kể

- Cọc ma sát: khả năng mang tải của cọc chủ yếu là thành phần ma sát giữa đất và thân cọc Trong trường hợp này đầu cọc không tựa lên tầng đất cứng, thân cọc nằm trong tầng đất không yếu

- Cọc vừa có thành phần ma sát, vừa có thành phần phản lực đầu cọc: khả năng mang tải của cọc gồm hai thành phần ma sát và phản lực đầu cọc

1.1.2 Ưu điểm của cọc khoan nhồi

- Xét về khả năng mang tải cọc khoan nhồi chịu được tải trọng lớn (đến vài nghìn

tấn), hoàn toàn có thể thi công trong môi trường xung quanh không cho phép dùng cọc đóng (không gây chấn động hoặc tiếng ồn) Khi cọc chịu tải lớn, đường kính cọc có thể lên đến 2.5 m và chiều sâu có thể đạt tới 100 m

- Về phạm vi thi công hoàn toàn áp dụng được trong các khu đô thị lớn, xây chen Quá trình thi công ít gây ảnh hưởng đến các công trình bên cạnh và không gây tiếng ồn lớn đặc biệt khi thi công gần các bệnh viện, trường học, nhà an dưỡng, nhà nghỉ, công viên, nhà hát… ở những nơi này theo tiêu chuẩn không cho phép tiếng ồn lớn nếu dùng máy đóng cọc

- Trong quá trình thi công hoàn toàn có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài cọc đến mức tối đa đặc biệt là mở rộng chiều sâu cọc để phù hợp với tình hình địa chất Đường kính cọc khoan nhồi có thể từ 60 cm ÷ 250 cm hoặc lớn hơn Chiều sâu cọc khoan nhồi có thể lớn hơn 100m (ví dụ: 125m ở thủ đô Kualalumpur – Malaysia) Trong điều kiện thi công cho phép có thể mở rộng đáy hoặc bên hông cọc với các hình dạng khác nhau nhằm gia tăng khả năng mang tải của cọc và giảm kích thước cọc trong một số trường hợp đặc biệt

- Hoàn toàn có khả năng thi công qua địa tầng phức tạp, các lớp đất cứng nằm xen kẻ nhau Do đặc điểm về thi công, trong quá trình khoan có thể kiểm tra lại điều kiện địa chất công trình của từng cọc và chiều sâu chôn cọc nhằm bảo đảm khả năng chịu lực của cọc

- Do cọc khoan nhồi thường tiếp nhận tất cả các tải trọng trên cọc Do vậy có thể tận dụng triệt để được khả năng chịu tải của vật liệu cọc và không cần có cất tạo đài cọc lớn

- Nếu công nghệ thi công hoàn chỉnh và được kiểm soát chặt chẽ thì cọc khoan nhồi có độ lún nhỏ.

1.1.3 Khuyết điểm của cọc khoan nhồi

- Công nghệ thi công cọc khoan nhồi yêu cầu phải có thiết bị chuyên dụng, đòi hỏi đầu tư đầu tư lớn, giá thành đắt, việc kiểm tra chất lượng cọc phức tạp, tốn kém Thi công phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình quản lý chất lượng và bắt buộc phải có chuyên gia có nhiều kinh nghiệm

- Giá thành phần nền móng thường cao hơn khi so sánh với các phương án móng cọc khác như cọc ép và cọc đóng Theo tổng kết sơ bộ đối với công trình nhà cao tầng với số lượng tầng không lớn lắm (dưới 10 tầng) kinh phí xây dựng nền móng từ 2÷ 2,5 lần khi so sánh với cọc ép Nhưng với số lượng tầng lớn hơn 10 tầng, tải trọng công trình lớn hơn lúc đó giải pháp cọc khoan nhồi trở thành giải pháp hợp lý

- Khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không đảm bảo và dể bị sập cũng như việc nạo vét ở đáy lỗ khoan trước khi đổ bê tông cũng gây ảnh hưởng xấu đối với chất lượng cọc

- Khó kiểm soát chất lượng cọc và thân cọc sau khi đổ bêtông cũng như sự tiếp xúc xấu của đất mũi cọc với lớp đất chịu lực, ảnh hưởng của dung dịch bentonite lên ma sát thành cọc Ma sát bên hông cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọc đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ

- Cần thận trọng và có biện pháp thích hợp khi thi công trong đất nhiễm mặn hoặc có dòng chảy ngầm với tốc độ lớn(> 0,3m/s), dễ gây xói ngầm, rữa trôi bê tông lúc chưa đông cứng Hoặc khi thi công xuyên qua vùng hang hốc cactơ hoặc đá bị nứt nẻ lớn phải dùng ống chống để lại sau khi đổ bêtông

1.1.4 Ứng dụng cọc khoan nhồi

Thiết bị và công nghệ thi công cọc khoan nhồi đã có lịch sử phát triển hơn 30 năm Do ưu điểm về khả năng mang tải nên cọc khoan nhồi đã được sử dụng rộng rải trên thế giới chẳng hạn như ở Mỹ, Pháp, Nhật, Nga, Anh, Thái Lan, v.v…

Ở Việt Nam, cọc khoan nhồi trước đây đã được sử dụng nhưng bắt đầu phổ biến từ thập niên 90 và hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi cho công trình cầu và nhà cao tầng

- Móng của khách sạn Royal – Hà Nội dùng cọc khoan nhồi 1200 dài 42÷43

m, sức chịu tải của mỗi cọc là 3850 KN, cọc tựa trên lớp cuội, sỏi với công nghệ khoan ướt có sử dụng dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách hố khoan

- Móng của khách sạn Centrol–Hà Nội dùng cọc khoan nhồi đường kính 1000 dài 39 m, sức chịu tải mỗi cọc 3000 KN Cọc tựa trên lớp cát thô rất chặt, với công nghệ khoan ướt có sử dụng dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách hố khoan

- Móng của khách sạn Plaza, 17 Lê Duẩn – Tp HCM dùng cọc khoan nhồi 800 dài 35 m sức chịu tải của cọc 2500 KN cọc tựa trên lớp sét cứng, dùng công nghệ khoan ướt Rodio của ý và sử dụng dung dịch bentonite để giữ thành hố khoan

- Móng của Ocean place, 80 Đông Du – Tp.Hồ Chí Minh dùng cọc khoan nhồi

1200 dài từ 50 ÷56 m sức chịu tải của cọc 8000 KN với công nghệ khoan ướt Rodio của Ý sử dụng dung dịch bentonite để giữ thành hố khoan

- Móng của khách sạn Caraven Tp.Hồ Chí Minh dùng 252 cọc khoan nhồi 600 cọc xuyên qua địa tầng sét pha, cát pha, cát mịn, cát trung bằng máy khoan trục guồng FH55 của Nhật và giữ ổn định hố khoan bằng dung dịch bentonite

- Ngoài ra xí nghiệp khảo sát xây dựng số 4, 54 - Mạc Đĩnh Chi, Q1 - Tp.Hồ Chí Minh đã mạnh dạn cải biến máy khoan Liên Xô YRB 3AM 500

và YRB 2,5A để thi công cọc khoan nhồi  400 ÷ 800 với chiều sâu tối đa

40 ÷ 50 m như nhà 8 tầng ở 117 Lê Thánh Tôn - Q1 - Tp.Hồ Chí Minh cọc khoan nhồi  400 dài 25 m Kết quả thử tải tĩnh cho thấy cọc đạt 70T độ lún 1,5 mm Tải trọng thiết kế là 44T

- Móng trụ cầu Mỹ Thuận sử dụng 26 cọc khoan nhồi  2500 dài 100 m khả năng chịu tải của cọc 3000 T, cọc xuyên qua địa tầng đất sét chảy đến sét dẻo mềm, ngàm vào tầng cát chặt 2÷3m dùng gầu ngoạm hình bán cầu KDF3–2400E (S) của Đức và giữ ổn định vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite

- Móng mố trụ cầu Thị Nghè 2 – Tp HCM, sử dụng 40 cọc khoan nhồi 1000

mm, dài 33 -:- 37 m, khả năng chịu tải của cọc 600 -:- 750 T Cọc xuyên qua địa tầng cát sét dẻo, cát hạt trung thô rời rạc đến chặt vừa, ngàm vào tầng sét cứng

3 – 6 m bằng, giử ổn định thành vách lỗ khoan bằng ống vách và dung dịch bentonite

- Công trình cao ốc thương mại và căn hộ Hiệp Phú đang thi công đại trà, sử dụng cọc khoan nhồi 1000 sâu 50 m

1.2 THIẾT BỊ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

Hiện nay có nhiều loại thiết bị thi công cọc khoan nhồi của các công ty khác nhau được sử dụng rộng rãi, tùy thuộc vào loại hình móng, cách thức vận hành thiết bị khoan, dung dịch khoan, quá trình kiểm tra thành vách hố khoan và chất lượng bêtông Thông thường việc lựa chọn thiết bị cho thi công chủ yếu dựa vào các yếu tố sau đây:

- Kinh nghiệm áp dụng công nghệ khoan nhồi trên thế giới và Việt Nam

- Tình trạng trang thiết bị trong nước hiện có

- Đặc điểm và khối lượng xây dựng nền móng bằng cọc khoan nhồi

- Thị trướng và khả năng thu hồi vốn đầu tư

- Tính thích hợp và khả thi của công nghệ thiết bị định nhập

- Điều kiện đất nền và yêu cầu bảo vệ môi trường ở những vùng xây dựng nền móng

Trong các yếu tố trên, nhóm yếu tố có liên quan giữa kinh nghiệm – công nghệ – điều kiện đất nền giử vai trò rất quan trọng, nếu không nói là yếu tố quyết định

1.2.1 Thiết bị tạo lỗ cọc khoan nhồi

Việc lựa chọn thiết bị thi công cọc khoan nhồi tùy thuộc vào tình hình đất nền (địa chất công trình và địa chất thủy văn) và các loại cọc đã quy định trong thiết kế (cọc thẳng, cọc có mở rộng từng đốt ở thân cọc hoặc đáy cọc) Đôi khi phải sử dụng kết hợp các thiết bị khoan tạo lỗ nhằm đảm bảo quá trình khoan không

bị trì hoãn hoặc sự cố vì mỗi loại thiết bị thông thường chỉ phù hợp với đặc trưng của từng địa tầng khác nhau

1.2.1.1 Thiết bị khoan xoay

- Gàu khoan dạng ruột gà hay guồng xoắn (Hình 1-1): thích hợp cho địa tầng đất sét cứng, khoan đất lớp trên có nhiều rễ cây nhỏ, gạch vỡ, mảnh sành, cỏ rác Khi gặp những lớp cát lẫn cuội khá chặt mỏng, có thể dùng loại mũi khoan này để đào xuyên hoặc xới tơi cho gàu vét tiếp Loại gàu khoan ruột gà này không thích hợp cho đất mềm yếu, đất rời

- Gàu dạng thùng có răng cắt đất theo chu vi chân gàu (Hình 1-2): đối với khu vực thành phố Hồ Chí Minh loại gàu kiểu thùng này rất thông dụng Nó thích hợp với đất thịt, đất sét dạng bùn, cát hạt nhỏ, hạt trung hoặc cát có hàm lượng

sỏi không quá nhiều trong môi trường sủng nước Khi gặp lớp sỏi hoặc cát chặt hàm lượng sỏi cỡ hạt trên 30 mm khá nhiều thì gàu này khó sử dụng

1.2.1.2 Thiết bị khoan ngoạm

-Gàu khoan (Hình 1-3): gồm các dạng hình bán cầu kín, bán cầu có nhiều răng Hoạt động khép, mở miệng để đào và nhả đất nhờ động cơ thủy lực gắn trực tiếp

ở gàu Loại này đào rất hữu dụng trong các lớp đất sét cứng, cát chặt Ngoài ra còn có gàu khoan barrette dạng có dạng hình chử nhật

Hình 1-1: Mũi khoan guồng

xoắn Hình1-2: Mũi khoan dạng thùng

1.2.2 Những thiết bị phụ trợ khác dùng trong thi công cọc khoan nhồi

Một số phụ kiện khác cần cho công tác thi công cọc như: mũi khoan, dụng cụ để tạo mở rộng đáy hình chuông, dụng cụ làm sạch đáy và thành hố khoan…

1.2.2.1 Mũi khoan

Mũi khoan này có dạng xoắn ốc hở hoặc dạng thùng và có thể xuyên qua hầu hết các loại đất từ dạng mềm tới cứng và đá Mũi khoan được làm bằng những răng cắt kim loại cứng để phù hợp với việc khoan qua những lớp đất cứng, đá mềm tới đá cứng vừa phải Trên hình 1-4 trình bày kiểu đầu khoan xoắn của hãng Bauer (Đức), tùy theo độ cứng của đất, đá khác nhau mà thay đầu mũi

khoan tương ứng

Trường hợp gặp đá tảng, đá mồ côi hoặc tầng nham thạch cứng có thể sử dụng máy đục đá, loại đầu khoan rất nhỏ (Hình 1-5) hoặc các loại thiết bị đục đá lớn hơn khác để phá đá Phương pháp này có thể áp dụng đối với đất cứng hoặc nham thạch gốc

1.2.2.2 Thiết bị đo đường kính hố khoan

Gồm ba bộ phận: đầu đo, bộ phận phóng đại và bộ phận ghi Nguyên lý hoạt động của thiết bị là do cơ cấu co giãn đàn hồi của 4 angten ở đầu đo, khi đầu đo nâng lên, do tác động của lực lò xo, phần cuối chân sẽ dính sát vào vách hố, mở

ra hoặc thu vào tương ứng với tình trạng lồi lõm của vách hố kéo theo xi lanh di chuyển lên xuống trong ống kín từ đó làm cho bốn nhóm điện trở nối tiếp trượt lên xuống, làm thay đổi điện trở, từ đó thay đổi điện áp, kết qủa của sự thay đổi

Hình 1-4: Đầu mũi khoan của hãng Bauer (Đức)

Hình 1-3: Gàu khoan ngoạm

được hiển thi bằng số hoặc máy ghi lưu giữ Lập quan hệ giá trị điện áp hiển thị và đường kính hố

Nếu nguồn điện mà bộ khuếch đại cung cấp cho điện trở trượt là nguồn điện không đổi, quan hệ của sự thay đổi điện áp và đường kính lỗ khoan là:

 = 0 + k

I V



Trong đó:

+: đường kính hố đo được (m)

+ 0: đường kính ban đầu của hố khoan (m)

+ V: sự thay đổi điện áp (V)

+ I: cường độ dòng điện (A)

+ k: hệ số tỉ lệ (m/)

1.2.2.3 Thiết bị đo đo độ nghiêng và tình trạng thành vách hố khoan

Hình 1-5: Máy đục đá

kiểu TP4 của Mitsubishi

Hình 1-6: Thiết bị đo đường

kính giếng

1- đầu đo, 2- giá tam giác, 3- dây thép, 4- cáp điện, 5- bộ khuếch đại, 6 máy ghi

Hình 1-7: Đầu đo thiết bị đo

đường kính giếng

1- cáp điện, 2- ống kín, 3- chân

đo, 4- thiết bi khóa chân

Phương pháp sóng âm dưa vào hiệu ứng điện áp của tinh thể mà phát sinh ra sóng siêu âm thông qua bộ chuyển đổi năng lượng sóng âm đặt ở đầu dò (phát và thu) Ta đo được các đại lượng: Thời gian truyền sóng của sóng âm qua môi trường t (s) là:

t =

C L

Trong đó:

+ L: đoạn đường của sóng truyền qua (m)

+ C: vận tốc của sóng âm (m/s)

Trên Hình 1-8 là thiết bị đo thành lỗ khoan DM-686II của Nhật

Sóng âm do đầu dò phát xạ xuyên qua dung dịch giữ thành, trở kháng âm của dung dịch giữ thành nhỏ hơn rất nhiều so với trở kháng âm của đất vách hố do đó sóng âm gần như phản xạ hết từ vách hố Dùng độ lệch thời gian phản xạ và tiếp nhận cùng với tốc độ truyền sóng trong dung dịch giữ thành của sóng âm đã biết, theo công thức trên tính được khoảng cách từ đầu dò đến vách hố (2L) Độ lớn của khoảng cách đo liên quan mật thiết với tỉ trọng của dung dịch giữ thành 

(t/m3), kết quả ứng dụng cho thấy nếu  = 1.2 thì phạm vi đo có khoảng cách đo là 0.5 m

trọng lớn, lượng cát nhiều làm cản trở sóng tới vách lỗ

1.3 QUY TRÌNH THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

1.3.1 Công tác chuẩn bị thi công

1.3.1.1 Điều tra tình hình khu vực thi công

Trước khi bắt đầu thi công cọc khoan nhồi, cần phải tiến hành thực hiện các công tác điều tra chính sau đây:

- Khả năng vận chuyển thiết bị đến hiện trường, kích cỡ, trạng thái tháo rời được, vật cản trên lộ trình, tải trọng cho phép của cầu cống để chọn phương án đưa thiết bị đến hiện trường đảm bảo an toàn

- Tại hiện trường cần có đủdiện tích để lắp dựng và xắp xếp dụng cụ, xử lý gia cố mặt đường, nền đường nhằm thuận lợi cho việc chuyên chở bê tông, đất đào, cặn lắng, dung dịch giữ thành…

- Xử lý các chướng ngại vật chìm dưới mặt đất, cung cấp điện, nước, số lượng ống đổ bê tông …

- Trước khi thi công cọc khoan nhồi cần tập hợp đầy đủ các tài liệu kĩ thuật về kết quả khảo sát đất nền, thiết kế, qui trình công nghệ cũng như kết quả quan trắc mực nước ngầm ở khu vực xây dựng

- Ngoài ra, cần lập kế hoặch thi công chi tiết như qui định rõ thời gian các bước thi công và sơ đồ dịch chuyển máy trên hiện trường

1.3.1.2 Biện pháp cấp thoát nước và cấp điện khi thi công

Tùy thuộc vào từng phương pháp thi công tạo lỗ và dung lượng các thiết bị mà biện pháp cấp thoát nước và cấp điện thi công sẽ rất khác nhau, quan trọng là phải xem xét các quy mô của công trình và dự kiến các biện pháp xử lý khi xảy

ra sự cố bất thường hoặc khi phải thay đổi các thiết bị sử dụng để có sự chuẩn bị sẵn sàng từ trước Thi công cọc khoan nhồi thường phải sử dụng một lượng nước và xử lý một lượng bùn thải rất lớn cho nên phải chuẩn bị đầy đủ thiết bị cấp thoát nước (máy bơm, đường ống, bể lắng …) Ngoài ra điện dùng cho thi công cọc khoan nhồi sẽ khác nhau tùy theo phương pháp tạo lỗ (ống chống, khoan guồng xoắn, khoan phản tuần hoàn …)

1.3.1.3 Mặt bằng và thiết bị phục vụ khoan

a Mặt bằng:

- Khi thi công cọc khoan nhồi trong các khu vực tồn tại nước mặt như công trình cầu, cảng thì dùng hệ chở nổi (xà lan, …) để đặt máy khoan Yêu cầu của hệ chở nổi:

+ Phải được neo cố định vào hệ thống cọc neo để đảm bảo không bị xê dịch hay

bị lắc khoan trong khi khoan

+ Đủ khả năng ổn định trong suốt quá trình khoan lỗ cọc

- Ở những khu vực không có nước mặt cần phải xử lý đất xung quanh để lắp đặt máy khoan Nếu đất mặt là đất yếu có thể làm nghiêng hoặc trượt máy khoan

dẫn đến cọc bị nghiêng, bị lệch tâm, … Có thể sử dụng các biện pháp sau đây để xử lý đất mặt nhằm chịu được áp lực tối đa của máy:

+ Dùng máy ủi san phẳng và đầm nén chặt đất nền

+ Đệm phía trên mặt đất một lớp cát, sỏi, xỉ quặng

+ Đào bỏ lớp đất yếu ở trên và thay thế bằng đất tốt

+ Dùng ximăng hoặc vôi để xử lý mặt

+ Lát thép tấm, thép hình, … để đặt máy khoan

b Thiết bị:

- Ống vách:

+ Kiểm tra lại kích thước ống vách đã được thiết kế, xem có đảm bảo về các yêu cầu thực hiện trường hay không, để từ đó có thể kiến nghị điều chỉnh kịp thời + Số lượng ống vách: khoảng 2 bộ trở lên, đề phòng ống gặp sự cố không nhổ lên được và để tăng nhanh tốc độ thi công

+ Ống vách trước khi đưa vào rung hạ không bị móp méo, sai số ở tất cả các mặt cắt không vượt quá 1 cm

- Khung định vị ống vách: phải đủ độ cứng để đảm bảo ống vách hạ đến cao độ yêu cầu

- Thiết bị tạo lỗ khoan: dựa vào điều kiện địa chất thủy văn và loại cọc đã được quy định trong thiết kế (cọc thẳng, cọc có mở rộng từng đốt ở thân cọc hoặc ở đáy) mà lựa chọn thiết bị cho phù hợp

1.3.1.4 Định vị cọc tại hiện trường

- Xây dựng lưới tọa độ và mốc chuẩn trên mặt bằng, từ đó xác định tim cọc cũng như chu vi cọc, sau được giữ bằng ống vách định hướng hay khung định vị trên mặt bằng Với các sai số cho phép: độ nghiêng <0.1%, tọa độ trên mặt bằng

<5cm

- Cần xác định cự ly tối thiểu giữa các cọc trong thi công: nó phụ thuộc vào điều kiện đất nền (đất sét ít ảnh hưởng hơn đất cát, bùn), thời gian ninh kết của bêtông, có dùng ống vách hay vữa sét để giử thành lỗ khoan

1.3.1.5 Thiết bị đổ bêtông

a Ống đổ bêtông:

- Bêtông phải đổ bằng ống dẫn thẳng đứng (ống tremie)

- Ống đổ bêtông phải được làm bằng thép có đường kính trong Dt = 23 – 25cm và phải đảm bảo kín nước hoàn toàn từ trên xuống dưới trong quá trình đổ bêtông

- Ống đổ bêtông được tổ hợp các đoạn ống có cùng đường kính, không bị móp méo và chiều dài từ 0.5 – 0.6m đảm bảo tính linh hoạt trong quá trình thi công

- Mối nối của ống đổ bêtông phải có cấu tạo đặc biệt đảm bảo dễ tháo lắp và hoàn toàn kín nước

b Phểu ăn bêtông:

- Phểu được thiết kế chuyên dùng cho công tác đổ bêtông nước, bảo đảm cho việc tiếp nhận bêtông một cách liên tục và vữa bêtông không bị tràn ra ngoài và rơi ngoài hố khoan

- Phểu phải có độ dốc hợp lý (2/1) đảm bảo cho võa bêtông không bị dính lại trên phểu

c Cầu ngăn nước:

- Cầu ngăn nước được làm bằng cao su xốp không thấm nước và có tỷ trọng nhỏ hơn 1 để có thể tự nổi lên trên mặt nước và không nằm lại trong bêtông

- Cầu ngăn nước phải đảm bảo kín khín không cho nước tràn vào hòa tan vữa bêtông trong ống dẫn nhưng không bị kẹt lại trong ống khi đổ bêtông

- Trước khi đổ bêtông vào trong phểu cầu ngăn nước phải được đặt vào miệng

trên của ống (đáy phểu)

- Kích thước của cầu phải đảm bảo sao cho cầu không bị rơi vào trong ống dưới tải trọng bản thân

1.3.2 Quá trình thi công cọc khoan nhồi

1.3.2.1 Định vị trí hố khoan

Hố khoan và tim cọc được định vị trong quá trình hạ ống chống Công tác định

vị này phải được xác định chính xác theo đúng như bản vẽ thiết kế

1.3.2.2 Hạ ống vách giữ thành (đối với cọc sử dụng ống chống tạm để ổn định thành vách hố khoan)

Trong thi công cọc khoan nhồi, ống vách có thể để lại trong đất khi thi công nơi có nước mặt, còn nơi không có nước mặt thường được sử dụng tạm thời với nhiệm vụ chủ yếu là: chống giử cho vách lỗ khoan được ổn định, bảo vệ mặt đất xung quanh vị trí lỗ khoan khỏi lún sụt và tạo thuận lợi cho nhiều công đoạn thi công khác như: đào đất, vệ sinh lỗ khoan, treo lồng thép cọc … Ống vách thường dùng trong thi công có chiều dài lớn hơn 6 m Trong quá trình hạ ống vách, phải kiểm tra độ thẳng đứng của ống vách giử thành nhằm đảm bảo độ thẳng đứng của hố khoan sau này

1.3.2.3 Công tác khoan tạo lỗ

Trong quá trình khoan phải luôn giữ cho cần khoan ở vị trí thẳng đứng Việc kiểm tra này phải được thực hiện bằng máy kinh vĩ hoặc quả dọi ba chân

Trong vòng 14 ngày không cho phép khoan cạnh các cọc vừa đổ bê tông trong phạm vi bán kính bằng 5 lần đường kính cọc Trong vòng 7 ngày, xe máy không được đi lại trong phạm vi hoặc khoảng 3 lần đường kính cọc vừa mới đổ bê tông Chỉ được khoan các cọc nằm cạnh các cọc đã đổ bê tông đạt hơn 80% cường độ và đã ninh kết

Trong trường hợp gặp phải trướng ngại vật như móng cũ, đá tảng…, phải dùng các biện pháp thích hợp để giải quyết triệt để trước khi tiến hành khoan tiếp Độ sâu hố khoan phải được kiểm tra sau khi khoan xong và phải đảm bảo lớn hơn hay bằng chiều sâu thiết kế cọc Vị trí tim cọc không được sai số qúa 75 mm

so với vị trí thiết kế theo bất kỳ hướng nào Độ thảng đứng của cọc phải nằm trong khoảng 1/100

Bentonite sử dụng trong quá trình khoan phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và được thử trong qúa trình thi công theo yêu cầu Trong suốt qúa trình khoan, dung dịch bentonite luôn phải hiện diện trong hố khoan và được duy trì trong lỗ cọc tại mức độ xấp xỉ là 1 m cách mặt đất và trong mọi trường hợp nó phải cao hơn mực nước ngầm tối thiểu là 1.25 m

Trong quá trình khoan cọc nhồi có nhiều phương pháp khoan tạo lỗ khác nhau tùy theo điều kiện thiết bị, địa tầng của khu vực khoan sẽ quyết định đến việc sử dụng công nghệ khoan thích hợp Chất lượng cọc cùng như sự an toàn phụ thuộc nhiều vào chất lượng khoan tạo lỗ cọc Hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là sử dụng

Hình 1-9: Hạ ống vách giữ thành Hình 1-10: Ống chống vách sau khi hạ xong

3 phương pháp khoan cọc nhồi với các loại thiết bị và qui trình khoan khác nhau như:

a Phương pháp khoan thổi rửa (hay tuần hoàn dung dịch)

Trong quá trình khoan, mũi khoan phá đất đồng thời dung dịch bentonite được bơm xuống để giữ vách hố khoan, mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ hố khoan lên đưa vào bể lắng Dung dịch bentonite được lọc tách và sử dụng lại còn mùn khoan ướt được đưa vào xe tải vận chuyển ra khỏi công trường Công việc đặt cốt thép và đổ bê tông được thực hiện bình thường

Ưu điểm của phương pháp này là giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ Còn nhược điểm của phương pháp này là khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao, gây ảnh hưởng đến môi trường Phương pháp này đôi khi được sử dụng kết hợp với phương pháp khoan thùng và được sử dụng cho nhừng met khoan đầu tiên thông thường để đặt ống chống vách

b Phương pháp khoan dùng toàn ống vách

Ống vách được hạ xuống và nâng lên bằng cách vừa xoay vừa rung Phương pháp này không cần dùng đến dung dịch bentonite để giữ vách hố khoan Đất trong lòng ống vách được lấy ra bằng gầu ngoạm, việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành bình thường Ưu điểm của phương pháp này là: không cần đến dung dịch bentonite, công trường sạch, chất lượng cọc đảm bảo còn nhược điểm của phương pháp này là khó làm được cọc đến 30m, máy cồng kềnh, khi làm việc gây chấn động rung lớn, khó sử dụng cho việc xây chen trong thành phố

c Phương pháp khoan gầu xoay

Trong công nghệ khoan này gầu khoan thường ở dạng thùng xoay cắt đất và đưa

ra ngoài, cần gầu khoan có dạng ăngten thường là 4 đoạn truyền được chuyển

động xoay từ máy đào xuống gầu đào nhờ hệ thống rãnh Vách hố khoan được giữ ổn định bằng dung dịch bentonit Trong qúa trình khoan có thể thay các gầu đào khác nhau để phù hợp với nền đất Việc đặt cốt thép và đổ bê tông được tiến hành trong dung dịch Bentonit Các thiết bị đào thông dụng ở Việt Nam là Bauer (Đức), Soil-Mec (Italia) và Hitachi (Nhật Bản) Ưu điểm của phương pháp này thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng thuận tiện rõ ràng, bảo đảm vệ sinh môi trường, ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng, qui trình công nghệ chặt chẽ, cán bộ kỹ thuật và công nhân phải lành nghề và có ý thức công nghiệp và kỷ luật cao

Do phương pháp thi công cho kết quả khoan nhanh hơn, và chất lượng đảm bảo hơn nên ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là sử dụng phương pháp này.

1.3.2.4 Công tác hạ lồng thép

Lồng thép được hàn chắc chắn và có mối nối thép chủ là tối thiểu Vành khuyên nhựa hoặc bê tông được sử dụng để đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo vệ thép Cần phải có biện pháp kèm theo để tránh cốt thép bị tuột xuống hoặc bị đẩy trồi lên Cốt thép trong lồng thép phải bảo đảm đúng các yêu cầu về cường độ và kích thước theo thiết kế Các lồng thép gia công phải được nghiệm thu, đánh dấu phân loại và sắp xếp riêng cho từng nhóm cọc khác nhau Các lồng này phải được đặt trên các thanh kê bằng thép hình hay gỗ cao hơn 100mm để tránh tiếp xúc với mặt đất

Lồng thép được hạ xuống lỗ khoan bằng cẩu phục vụ hoặc bằng máy khoan tới độ sâu thích hợp

Cao độ đỉnh lồng thép phải đảm bảo như thiết kế Độ sai lệch cho phép của đỉnh lồng so với thiết kế là 50mm

Hình 1-12: Lồng thép được hạ vào lỗ khoan

1.3.2.5 Công tác thổi rửa đáy hố khoan

Thông thường được tiến hành sau khi đặt lồng thép và trước khi đổ bêtông nhằm đảm bảo chất lượng của cọc và việc làm sạch này có ý nghĩa quyết định đến sức chịu tải của cọc Nếu không vét bỏ lớp mùn khoan lắng đọng dưới đáy hố khoan và màng áo sét mỏng quanh vách lỗ khoan thì mùn lắng đọng dưới đáy hố sẽ tạo

ra một lớp đệm yếu dưới chân cọc, khi chịu tải sẽ bị lún, mặt khác khi đổ bêtông mùn khoan này sẽ lẫn vào làm giảm ma sát hông giữa cọc và đất vách

Việc thổi rữa được thực hiện bằng ống đổ bê tông kết hợp với ống dẫn khí nén có đường kính 45mm Áp lực khí nén được giữ thường xuyên là 1.5 láp lực cột dung dịch tại đáy hố khoan và lưu lượng khí không ít hơn 15 m3/phút Bentonite và mùn khoan ở đáy hố khoan được áp lực khí nén đẩy ra ngoài thông qua hệ thống ống đổ bê tông Chú ý cần bổ sung lượng bentonite mới vào hố khoan khi dung dịch bentonite tụt xuống khoảng 1.5 m so với cao trình đáy ống chống Lượng mùn lắng đọng dưới đáy hố khoan sau khi đã thổi rữa không quá 4cm Việc kiểm tra bề dày lớp bùn lắng bằng cách đặt hộp thép không nắp xuống đáy lỗ khoan ngay sau khi đã thổi rữa xong, sau đó trước khi đổ bêtông lấy hộp thép

Hình 1-11: Hạ lồng thép vào cọc

nhồi

lên kiểm tra độ dày của bùn lắng Nếu độ dày của lớp này vượt quá quy định thì phải tiến hành thổi rữa lại

1.3.2.6 Công đoạn đổ bêtông

- Ống đổ bêtông có đường kính trong tối thiểu 200mm, chiều dài thông thường khoảng 4m được nối lại với nhau bằng ren hoặc cáp nối không thấm nước Ống trên cùng phải được nối với một phễu đổ có miệng rộng tối thiểu 600mm Ống phải được đặt phía trên đáy hố khoan khoảng 200mm

- Công tác đổ bêtông chỉ được thực hiện hàm lượng cát trong dung dịch bentonite không quá 5%

- Các công tác như kiểm tra cặn đáy hố khoan, lắp đặt lồng cốt thép, lắp đặt ống dẫn bêtông phải được làm hết sức khẩn trương nếu thời gian này vượt quá 4 giờ thì phải tiến hành thay và bổ sung vữa bentonite mới cho đến khi độ nhớt và dung trọng của vữa bentonite đạt yêu cầu mới tiến hành đổ bêtông vào cọc

- Trước khi đổ bêtông, cần cho vào ống đổ một nút bằng vữa bê tông để tránh cho bêtông không bị trộn lẫn với dung dịch khoan

- Trước khi đổ xe bêtông đầu tiên dùng palăng xích hoặc cẩu nhấc hệ thống ống sao cho chân ống cách đáy hố khoan khoảng 25 – 30 cm để cầu ngăn nước có thể thoát ra khỏi ống và nổi lên trên cho phép bêtông bắt đầu tràn vào trong lòng cọc và chiếm lấy thể tích của vữa bentonite

- Vận tốc chuyển động của cột bêtông trong ống dẫn không được lớn hơn 0.12 m/s và không được nhỏ hơn 0.3 m/s

- Phải giảm tối thiểu tối thiểu thời gian nâng ống và thời gian tháo ngắn ống dẫn để tăng tốc độ bêtông

- Trong suốt quá trình đổ bêtông cọc, tránh không để bêtông tràn ra ngoài miệng phểu và rơi vào trong lòng cọc làm ảnh hưởng đến độ nhớt của vữa bentonite và

làm ảnh hưởng đến chất lượng bêtông của cọc

- Trong quá trình đổ bêtông phải thường xuyên kiểm tra cao độ mặt bêtông trong lòng cọc bằng thước dây và rọi chuyên dụng để kịp thời điều chỉnh cao độ chân ống dẫn cho phù hợp Khi đổ bêtông phải tính toán kỹ lưỡng năng lực cấp bêtông của nguồn sản xuất bêtông sao cho đảm bảo thời gian đổ bêtông cọc tối

đa là 5 giờ và đảm bảo rằng công tác đổ bêtông phải được tiến hành một cách liên tục và không bị phân tầng Bêtông trong ống đổ phải luôn lớn hơn áp lực cột nước hoặc cột dung dịch xung quanh

- Cao độ bêtông cuối cùng phải cao hơn cao độ đầu cọc thiết kế tối thiểu là 100

cm, sau đó phải đục bỏ để đảm bảo bêtông cọc đồng nhất, rắn chắc không bị tơi xốp

Hình 1-14: Quá trình đổ bê tông vào cọc khoan nhồi Hình 1-13: Lắp đặt ống đổ bêtông

1.3.2.7 Rút ống chống vách

Sau khi đổ bêtông, ống vách phải được rút ra khỏi hố khoan trong thời gian bê tông còn có độ dẻo và chưa ninh kết nhằm bảo đảm bê tông không bị kéo lên theo ống chống vách Trong quá trình rút, ống vách phải được rút lên theo phương thẳng đứng đồng trục với cọc bằng máy rung vơí tốc độ chậm để bê tông có thể chèn sát thành đất

Sau khi ống chống được rút, cần kiểm tra khối lượng bê tông và cao độ đầu cọc nhằm đảm bảo tiết diện cọc không bị thu nhỏ và bê tông không bị lẫn với bùn đất xung quanh do áp lực của đất, nước, bùn khoan … trong trường hợp cần thiết phải bổ sung ngay bê tông trong quá trình rút ống

Phần miệng hố khoan còn lại từ mực bêtông lên đến mặt đất phải được lắp lại bằng phần đất đào dành riêng cho việc lắp hố khoan hoặc bằng các loại vật liệu thích hợp khác trong vòng 24 giờ sau khi đổ bêtông nhằm trả lại mặt bằng cho công trường

1.4 CÁC SỰ CỐ HAY GẶP TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI

Các khuyết tật trong cọc khoan nhồi thường rất khó sữa chửa do đó cách tốt nhất là phải phòng ngừa các yếu tố có thể xảy ra trong các công đoạn khoan cọc nhằm tối thiểu hóa các khuyết tật có thể xảy ra

1.4.1 Ống chống

Sự cố này có thể xảy ra trong quá trình lắp đặt và rút ống chống, được thể hiện ở Hình 1-15 Trong đất mềm và có mực nước ngầm cao, nếu đất ở phía trong ống chống được lấy đi mà không được làm đầy bằng dung dịch thì ống chống có thể

bị biến dạng do áp lực lớn trong đất và áp lực thủy tĩnh lớn Vấn đề này có thể ngăn chặn được bằng cách sử dụng ống chống có độ dày lớn hơn

Trong tầng chứa nước (cát và bột), các lỗ hổng có thể được hình thành trong vùng lân cận của cọc nhồi trong quá trình khoan Vì vậy, sau khi rút ống chống, gây ra sự tổn thất ở khu vực này dẫn đến xuất hiện sự phân tầng trong bêtông Sự cố này có thể ngăn ngừa bằng cách sử dụng ống chống mỏng hơn như ống chống vĩnh cửu hoặc khoan thêm một hố khoan bên cạnh để thoát nước trong các lỗ hổng

- Mất dung dịch khoan đột ngột khi gặp các hang các tơ hoặc sự trồi lên nhanh chóng do đất bị sụp lở vào thành hố khoan

- Khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn không được tiến hành đầy đủ

do đó bản chất của đất nền không được thể hiện rỏ ràng

- Sử dụng loại dung dịch khoan không tương ứng với điều kiện nền và công nghệ khoan hoặc không có sự kiểm soát chặt chẻsự biến đổi thành phần dung dịch dung dịch khoan (nhất là tỷ trọng và độ nhớt)

- Làm sạch mùn khoan trong lỗ cọc không tốt, đáy lỗ khoan có cặn dày, sinh ra sự tiếp xúc xấu với các lớp đất chịu lực tại mũi cọc

Hình 1-15: Những vấn đề liên quan đến quá trình lắp đặt và nhổ ống chống

mũi khoan dự phòng và có thể sử dụng mũi khoan có thành phần cacbua vonfam hoặc bằng kim loại cứng

Để tối thiểu hóa sự cố này thời gian khoan nên rút ngắn lại Tính thẳng đứng của hố khoan có thể đạt được kiểm soát được tốc độ khoan, quá trình cấp nhiên liệu và góc của răng cắt được thiết kế phù hợp, ngoài ra độ nhớt của dung dịch khoan và khả năng thổi rửa phải được kiểm soát chặt chẻ

Vấn đề gây xáo trộn đất phía dưới mũi khoan có thể được giảm thiểu bằng cách thiết kế hình dạng hình học của điểm dẫn hướng phù hợp

Nếu gặp các chướng ngại vật chẳng hạn như đá tảng mũi khoan có thể bị phá hoại và chướng ngại này rất khó để xuyên qua hoặc di dời ra khỏi hố khoan

1.4.3 Quá trình đổ bêtông

Sự cố có thể xảy ra trong quá trình đổ bêtông chẳng hạn như (a) liên quan đến việc vận chuyển bêtông đến công trường (b) liên quan đến ống tremie và sự vận hành của nó

(a) Đôi khi trong quá trình vận chuyển bêtông bị gián đoạn do đó một phần bêtông có khả năng bị đông kết sớm, trong trường hợp này không được tránh không được bơm bêtông trực tiếp vào ống tremie Ngoài ra trong quá trình bơm bêtông cần sử dụng một tấm lưới sắt đặt trên phểu đổ bêtông để giảm thiểu nguy cơ gây kẹt ống tremie

(b) Sự bất cẩn trong quá trình nhấc ống tremie ra khỏi mặt bêtông dẫn đến bentonite xâm nhập vào trong bêtông Nếu như mối nối giữa các ống tremie bị hở, bentonite dễ dàng xâm nhập vào trong ống tremie và kết quả là làm cho bêtông bị phân tầng Cần thiết phải kiểm tra tính hiệu quả của các mối nối chống lại áp lực nước PROMBOON (1974) đề nghị rằng các mối nối cho ống tremie cần phải có khả năng chống lại tối thiểu 4 lần so với áp lực thuỷ tĩnh

Sự xâm nhập bentonite có thể xuất hiện nếu như ống tremie ngập sâu dưới 2m trong dung dịch bêtông, gây ra một vùng yếu xung quanh, nếu ống tremie ngập quá sâu thì bêtông tươi sẽ di chuyển lên trên bên hông lên trên lớp bêtông đã ninh kết do đó đẩy lồng cốt thép lên (Hình 1-16) Do đó sự vận hành ống tremie phải được kiểm soát cẩn thận Cao độ của mực bêtông phải được kiểm soát thường xuyên đồng thời với cao độ của lồng cốt thép trong quá trình đổ bêtông Tình trạng kẹt ống tremie xuất hiện trong quá trình đổ bêtông ở phần trên của cọc khoan nhồi là do bêtông bị ninh kết sớm Có thể khống chế bằng cách cho thêm phụ gia vào bêtông để kiểm soát sự đông kết trong quá trình đổ bêtông Mùn khoan, tạp chất và bêtông có thể trộn lẫn tại đáy hố khoan mẻ đổ bêtông đầu tiên của cọc khoan nhồi không được kiểm soát cẩn thận chẳng hạn như nhấc ống tremie lên quá cao (Hình 1-17 và 1-17b) Sự cố này có thể ngăn ngừa bằng cách hạ thấp ống tremie sau mẻ đổ bêtông đầu tiên để chiếm chổ bentonite (Hình 1-17c)

Lồng cốt thép bị đẩy lên

Hình 1-16: Sự cố gây ra do chiều sâu ngập của ống tremie